Исследователи научились диагностировать малярию по запаху кожи

Ed Uthman / Flickr

Малярию можно выявить, основываясь на анализе летучих веществ, которые выделяет кожа человека. Исследователи из Швейцарии, Кении и США обнаружили, что у здоровых и зараженных малярийным плазмодием людей отличаются химический состав выделяемых кожей веществ. Их анализ с помощью алгоритмов машинного обучения позволяет эффективно выявлять пациентов с бессимптомной формой малярии, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Малярия, несмотря на прогресс в методах лечения и диагностики, по-прежнему остается одним из наиболее смертоносных заболеваний. Только в 2016 году в мире было зарегистрировано около 216 миллионов случаев болезни, число погибших от малярии составило 450 тысяч человек. Более 90 процентов всех случаев приходится на регионы Африки южнее Сахары. Люди, живущие там, где регистрируется большое количество случаев заражения малярией, обладают частичным иммунитетом, и поэтому в некоторых случаях малярия может переноситься почти бессимптомно.

Такие бессимптомные случаи представляют собой скрытый резервуар инфекции, что способствует ее распространению из очага на соседние популяции и территории. Однако те методы диагностики малярии, которые существуют сегодня, не подходят для крупномасштабного скрининга, поскольку при микроскопии мазка крови или экспресс-тестах на малярию не удается выявить инфекцию, если плотность паразита в крови низкая. Кроме того, экспресс-тесты оказались нечувствительны к недавно открытому виду генетически видоизмененных Plasmodium spp.

Чтобы найти метод эффективного скрининга, ученые обратили внимание на летучие метаболиты, которые уже использовались в качестве биомаркеров для диагностики других заболеваний — например, туберкулеза. В одной из своих предыдущих работ ученые показали, что запах зараженных плазмодием людей влияет на поведение комаров, которые начинают атаковать их более активно. То же наблюдалось и в экспериментах с лабораторными животными.

Группа под руководством Марка Мешера (Mark C. Mescher) из Института интегративной биологии Швейцарской высшей технической школы Цюриха с 2013 по 2016 год собирали образцы летучих метаболитов кожи более 400 учеников начальных классов (до 12 лет) 41 школы, находящейся в 21 регионе западной Кении. У детей выясняли анамнез, а также спрашивали о симптомах, брали анализы крови и собирали метаболиты в течение одного часа с ноги и руки в области локтя.

В итоге исследователям удалось получить 400 образцов. На основе симптомов и результатов ПЦР крови, точно определяющих диагноз, образцы разделили на несколько групп: неинфицированные, с симптоматической и бессимптомной формами малярии, а также субмикроскопически симптомные и бессимптомные, при ПЦР которых выявился возбудитель, но микроскопия дала отрицательный результат. Летучие образцы анализировали с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии, а результаты обрабатывали методами машинного обучения, чтобы определить предикторы статуса инфекции.

Исследователи определили, что профили летучих компонентов между здоровыми и больными детьми различаются, причем, как «ножной», так и «ручной» (между группами, но не внутри каждой группы). Похожие результаты выявились и при сравнении субмикроскопически симптомных и бессимптомных групп с неинфицированной. Уровень выделения летучих веществ был немного ниже у симптомных больных и показывал иной, менее разнородный профиль, нежели у бессимптомных, что позволило развести эти две группы между собой.

Помимо этого, удалось выделить пять ключевых соединений, разница между которыми среди групп оказалась наиболее достоверной. В нее вошли 4-гидрокси-4-метилпентан-2-пентанон, нонанал, толуол и соединения 31 и 49 (остались неопознанными).

Авторы считают, что эти изменения в профиле кожных летучих метаболитов позволяют использовать их для надежного скрининга инфекции независимо от того, проявились ли симптомы малярии. Обладая высокой чувствительностью и специфичностью, они помогут идентифицировать бессимптомные инфекции даже в тех случаях, когда в крови наблюдается низкая концентрация плазмодиев, и их невозможно обнаружить с помощью микроскопии.

Свой оптимизм в отношении метода исследователи связывают с тем, что несмотря на полевые условия, в которых собирались образцы, их временной (3 года) и территориальный разброс, а также различные виды Plasmodium они получили достоверные результаты. К тому же они сумели выделить ряд ключевых соединений, которые могут стать надежными и неинвазивными биомаркерами.

Кстати, месяцем ранее работу о том, что малярийный плазмодий способен сделать человека более привлекательным для комаров, уже опубликовала в том же журнале группа английских, кенийских и нидерландских ученых.

Анна Хоружая

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.